[发明专利]反应腔室及半导体加工设备

说明书

本发明提供一种反应腔室及半导体加工设备，其包括介质窗、环绕在介质窗内侧的法拉第屏蔽件和绝缘环、环绕在介质窗外侧的射频线圈，绝缘环设置在法拉第屏蔽件的底部，用以支撑法拉第屏蔽件。其中，射频线圈包括线圈本体，该线圈本体沿介质窗的轴向呈螺旋状缠绕，且在线圈本体中设置有冷却通道，该冷却通道沿线圈本体的缠绕方向延伸。通过向冷却通道内通入冷却媒介，来冷却介质窗，从而间接冷却法拉第屏蔽件，进而可以减小法拉第屏蔽件的热膨胀量，从而可以保证绝缘环在高温状态下不被破坏，进而提高工艺稳定性和设备可靠性。

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体地，涉及一种反应腔室及半导体加工设备。

背景技术

随着摩尔定律的发展，在超大规模集成电路的半导体加工设备的生产中，经常要对于高深宽比的结构，例如通道、沟槽和通孔进行金属涂敷，这可以增加反应腔室内等离子体中的离子密度，以获得更好的深孔淀积能力。为了增加腔室中离子的比重，现有的半导体加工设备是在反应腔室的外围增加射频线圈，用于将电磁能量耦合进反应腔室内，从而增大了离子比重，获得了良好的工艺性能。

在金属沉积的反应腔室中，很容易在采用绝缘介质的腔室内壁上形成金属屏蔽，导致电磁能量被屏蔽在腔室之外，为此，法拉第屏蔽装置则被应用到反应腔室中，用于保证射频能量通过射频线圈顺利耦合进反应腔室内。

图1为现有的半导体加工设备的结构图。如图1所示，半导体加工设备包括反应腔室101、射频线圈105和射频电源107，其中，在反应腔室101内设置有基座103，用以承载被加工工件104；在反应腔室101的顶部，且位于基座103的顶部设置有靶材102；射频线圈105环绕设置在反应腔室101的侧壁(采用绝缘介质材料制作)外侧；射频电源107通过匹配器106与射频线圈105连接，用以向射频线圈105加载射频功率。而且，在反应腔室101的侧壁内侧设置有法拉第屏蔽环108，该法拉第屏蔽环108由陶瓷环109支撑。

在实际应用中，需要法拉第屏蔽环108与反应腔室101的侧壁同轴设置，以保证工艺均匀性，如图2所示，现有的方法是通过使用螺钉110将法拉第屏蔽环108和陶瓷环109连接在一起，使法拉第屏蔽环108和陶瓷环109同轴，从而间接实现法拉第屏蔽环108与反应腔室101的侧壁的同轴。但是，在进行工艺的过程中，法拉第屏蔽环108在溅射粒子轰击及射频能量的双重作用下受热向外膨胀，而与之相连的陶瓷环109由于热膨胀系数较小，其膨胀量比法拉第屏蔽环108的膨胀量小，从而就需要在螺钉110与陶瓷环109之间留设一定的间隙，以抵消膨胀量差异。但这又会存在这样的问题，即：

在工艺过程的稳定阶段，法拉第屏蔽环108的温度在100℃左右，在这种情况下，通过计算，法拉第屏蔽环108的直径膨胀量约为1mm，这样，螺钉110与陶瓷环109之间留设的间距大于0.5mm即可保证陶瓷环109不被破坏，同时该间距较小，能够满足同轴的要求。但是，在对新靶材进行清洗，以去除其表面的氧化物及污染物的时候，法拉第屏蔽环108会因持续被轰击而温度大幅上升(超过300℃)，此时法拉第屏蔽环108的直径膨胀量约为3mm，超过了允许的组件变动量，从而可能造成陶瓷环109被拉断。此外，螺钉110与陶瓷环109之间留设的间距不允许超过1.5mm，否则无法确保法拉第屏蔽环108的准确定位，从而产生法拉第屏蔽环108与反应腔室101的侧壁不同轴的问题，影响最终的工艺结果。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种反应腔室及半导体加工设备，其可以保证绝缘环在高温状态下不被破坏，从而可以提高工艺稳定性和设备可靠性。

为实现本发明的目的而提供一种反应腔室，包括介质窗、环绕在所述介质窗内侧的法拉第屏蔽件和绝缘环、环绕在所述介质窗外侧的射频线圈，所述绝缘环设置在所述法拉第屏蔽件的底部，用以支撑所述法拉第屏蔽件，所述射频线圈包括线圈本体，所述线圈本体沿所述介质窗的轴向呈螺旋状缠绕，且在所述线圈本体中设置有冷却通道，所述冷却通道沿所述线圈本体的缠绕方向延伸；